Но в процессе спонтанного излучения квантов не происходит непрерывного излучения этих квантов подобно излучению флюоресценции. То есть, электрон на орбите находится длительно в стационарном состоянии и динамическом равновесии с окружающим полем электромагнитных флуктуаций, подобно стационарному состоянию броуновской частицы под воздействием флуктуаций окружающей среды. Он не излучает. Тогда что заставляет его покинуть орбиту?
ЗАПИСКИ ДИЛЕТАНТА, ЧАСТЬ 2
Мне очень жаль, что уважаемые господа Бормашенко и Носоновский не обратили внимания на основной тезис предыдущей статьи — механизм выбросов случайных процессов. Выброс случайного процесса, процесса флуктуаций давления окружающей среды, в которой находится броуновская частица, служит причиной начала движения частицы.
Выброс случайного процесса это упрощенное обозначение вероятности для значений случайного стационарного процесса первый раз превысить некоторый уровень, заданную, границу. В случае броуновской частицы это означает силу удара вызывающую начало движения, в случае триггера это момент срабатывания триггера. Вероятности последующих пересечения границ нас уже не интересуют. Это отличается от среднеквадратичного значения силы удара молекул, или среднеквадратичного нарушения симметрии ударов молекул о броуновскую частицу, или от значений среднеквадратичных флуктуаций фонового шума триггера. На это определение указывается в обзоре В. И. Тихонова «Выбросы случайных процессов», на который я ссылался. С момента этой публикации прошло много времени и это направление развилось в самостоятельную математическую дисциплину с многочисленными приложениями[1]. Речь идет не только о радиотехнике или радиофизике, эта математика приложима к теории массового обслуживания, финансам, теории оценивания и пр.
Я обратился непосредственно к господину Бормашенко с просьбой прокомментировать мои соображения, изложенные в статье. Он согласился и обещал подумать. Пока не дождавшись этого, я решил расширить свои заметки.
Говорят, что один дилетант может задать столько вопросов, на сколько десятки мудрецов не смогут ответить. Таким образом, продолжу.
Для броуновской частицы, испытывающей трение среды, или для инерционного триггера просматривается полная аналогия с моделью триггера, изложенной в статье Ландауера. Отсюда тогда мостик к описываемой Бормашенко стреле времени, событию.
При учете лишь флуктуаций среды, поясненных мне Бормашенко и Носоновским в комментариях к первой статье, частица оставалась бы бесконечно долго в покое.
Чтобы закончить с броуновским движением, обращаю еще раз внимание на переход количества в качество при изменении размера броуновской частицы. Проделаем мысленный эксперимент. Пусть размер частицы сравним с размерами молекул. Тогда движение частицы будет неотличимо от непрерывного хаотического движения молекул. Здесь справедливы уравнения механики. В идеале, можно повернуть направление времени вспять и вернуть все молекулы и частицы назад. Пусть размер частицы непрерывно увеличивается. Движение частицы замедляется, становится более прерывистым. При дальнейшем увеличении размеров частота перемещений уменьшается, путь частицы укорачивается. Она остается какое — то время в покое, находясь в динамическом равновесии с окружающей средой. Далее справедлива математика выбросов случайных процессов. Происходит выброс процесса, частица отправляется в путь. В описании движения частицы нельзя более повернуть время вспять. При дальнейшем увеличении размеров частицы она в некоторый момент останавливается и больше не двигается. Что произошло с частицей? Ровным счетом ничего. Изменилось лишь наше описание явления, наше представление о нем. Появилась наблюдаемая стрела времени в масштабе времени и расстояния перемещения броуновской частицы. Интересно, что результат наблюдения (начало и конец движения частицы) зависит от свойств прибора регистрации (микроскопа и секундомера) и субъективной позиции наблюдателя.
В статье «Метафизический статус стрелы времени и второго закона термодинамики» Эдуарда Бормашенко обсуждается интуитивное понятие фундаментальной первичной физической системы частиц, содержащей мало частиц и вторичной системы, большого ансамбля многочисленных частиц, состоящей из множества первичных. При этом задаются вопросом: «Ничто в уравнениях фундаментального уровня не указывает на различие хода событий, развиваются ли они в прямом или обратном направлении. Откуда же тогда берется асимметрия в реализации событий, которую мы так явственно видим в нашем повседневном опыте?».
Как мы видим на приведенном выше примере, качественный скачек возникает при взаимодействии большого числа частиц разного размера. Это, наверное, один из возможных механизмов возникновения стрелы времени.
Бормашенко полагает, что «фундаментальны для физики — реальные физические системы, в которых трение и диссипация неустранимы, и энтропия не убывает, как ей и предписано Вторым Законом Термодинамики. Макроскопические системы, включающие в себя большое количество частиц, системы, в которых идут необратимые, диссипативные процессы — фундаментальны в самом точном и полном значение этого слова, и ничуть не менее фундаментальны, нежели системы, состоящие из пары-тройки объектов, легко поддающиеся интегрированию».
Замечу, что ансамбли частиц попадающих в резонанс, не диссипативны, но тоже фундаментальны. Нужно чтобы совпали параметры резонанса, то есть, чтобы частицы были идентичны в этом смысле.
О квантовых флуктуациях
Я обратил внимание на некоторые аспекты ситуации, связанной с процессом самопроизвольного испускания электромагнитного излучения квантовыми системами, такими как атомы, молекулы, испускания спонтанного излучения при их переходе из возбуждённого состояния в стабильное. Как мне кажется, ситуация похожа на ситуацию движения броуновской частицы.
Я привел цитату из Википедии: «Возбуждённые состояния атомов представляют собой точные стационарные решения уравнения Шредингера. Таким образом, атомы должны оставаться неограниченно долго в возбужденном состоянии.
Причиной спонтанного излучения является взаимодействие атома с нулевыми колебаниями электромагнитного поля в вакууме. Состояния атома перестают быть стационарными в результате воздействия составляющей нулевых колебаний с частотой, равной частоте испускаемого кванта».
«О нулевых колебаниях:
При этом ни кинетическая, ни потенциальная энергии колебаний не имеют определенного значения. Следовательно, ни напряженность электрического поля, ни напряженность магнитного поля не имеют определенного значения. Средние значения электрического и магнитного полей при этом равны нулю, но средние значения от квадратов этих величин отличны от нуля. Это означает, что электромагнитное поле в пустоте колеблется. Эти колебания называются нулевыми колебаниями электромагнитного поля[2]».
Наличие нулевых колебаний было подтверждено экспериментально.
«Феноменологически введённая Эйнштейном скорость спонтанной релаксации долгое время считалась внутренним неотъемлемым свойством атомов (молекул). При термодинамическом равновесии с окружением одним из важнейших признаков этого свойства является его необратимость. Эта особенность обусловлена взаимодействием атома (молекулы) с бесконечным числом мод вакуумного состояния. Изменение числа мод приводит к изменению скорости спонтанной релаксации. Чтобы этого добиться, можно поместить атом в резонатор».
Википедия ссылается на статью Мигдала.
В этой статье указывается, что моды осцилляторов заполняют непрерывно пространственный континиум и пространство частот колебаний. Значит ли это, что найдется в любой момент бесконечное число мод нулевых колебаний с частотой, равной частоте испускаемого кванта (разности энергий уровней квантового перехода электрона)? Думаю, что да.
Но в процессе спонтанного излучения квантов не происходит непрерывного излучения этих квантов подобно излучению флюоресценции. То есть, электрон на орбите находится длительно в стационарном состоянии и динамическом равновесии с окружающим полем электромагнитных флуктуаций, подобно стационарному состоянию броуновской частицы под воздействием флуктуаций окружающей среды. Он не излучает. Тогда что заставляет его покинуть орбиту? Выброс этого случайного процесса стационарного равновесия, как это я описал в случае броуновской частицы? Но я не нашел нигде упоминаний о чем-то подобном и не имею представления об этом.
Кроме того, из-за наличия соотношения неопределенностей квантовую флуктуацию нельзя локализовать во времени и в пространстве[3]. Но атом или молекула, на которую они действуют, локализованы в пространстве. Это означает, что квантовые флуктуации электромагнитного поля, приводящие к стабильному состоянию уровня электрона, тоже должны иметь размеры такие же или на порядок меньшие, чем размеры атома или молекулы. И они должны действовать одновременно, ограниченный момент времени. Выяснение этой неясности я оставил для себя на будущее.
Для того чтобы инициировать процесс дестабилизации, надо потратить энергию осциллятора, совершить работу. При этом нулевой баланс энергий нулевых колебаний электромагнитного поля нарушается. Вылетевший квант будет поглощен когда-нибудь другим квантовым объектом нашего мира. Это увеличивает энтропию нашего мира. Но если рассматривать процесс взаимодействия нулевых колебаний с квантовыми объектами как фундаментальный процесс, длящийся во времени, диапазоне энергий и пространстве, то нужно чтобы возникший дефицит положительных энергий был как-то скомпенсирован. На эту тему рассуждает Стивен Хокинг [4]. Он предполагает кратковременное существование областей с отрицательной энергией, затем происходит диссипация энергии при взаимодействии с виртуальными частицами положительной энергии.
Примечания
[1] https://www.google.de/books/edition/%D0%92%D1%8B%D0%B1%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8B_%D1%81%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B0%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D0%BF%D1%80%D0%BE/e06uEAAAQBAJ?hl=de&gbpv=0
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_fluctuation
[3] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF_%D0%BD%D0%B5%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8#cite_ref-6
[4] Стивен Хокинг, Леонард Млодинов: «Кратчайшая история времени»
«Проблема в том, что виртуальные частицы обладают энергией. И поскольку существует бесконечное число пар виртуальных частиц, они фактически должны были бы иметь бесконечную энергию, а значит — в соответствии с известным уравнением Эйнштейна Е = mс2, — и бесконечную массу. Согласно общей теории относительности это привело бы к такому гравитационному искривлению пространства, что Вселенная сжалась бы до бесконечно малых размеров. Однако ничего подобного явно не происходит! Аналогичные, по-видимому, абсурдные, бесконечности возникают и в других частных теориях — сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий, — но для них существует так называемая процедура перенормировки, которая позволяет избавляться от бесконечностей. Благодаря ей мы и смогли создать квантовые теории этих взаимодействий».
